Брусок массой 200 г соединён с пружиной жёсткостью 100 Н/м и лежит на гладком столе. Другой конец пружины закреплён в стене. Брусок сдвинули так, что пружина сжалась на 4 см, и отпустили без толчка. а) Чему равна начальная потенциальная энергия пружины? б) Какова будет максимальная скорость бруска? в) Чему будет равна скорость бруска, когда удлинение пружины будет равно 3 см?
от

1 Ответ

Дано:  
Масса бруска (m) = 200 г = 0.2 кг  
Жёсткость пружины (k) = 100 Н/м  
Сжатие пружины (x) = 4 см = 0.04 м  

а) Начальная потенциальная энергия пружины:  
PE_нач = (1/2)kx²  
PE_нач = (1/2)*100 Н/м*(0.04 м)²  
PE_нач = 0.08 Дж  

Ответ: Начальная потенциальная энергия пружины равна 0.08 Дж.

б) Максимальная скорость бруска:  
Потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию бруска. Максимальная скорость будет достигнута, когда всё сжатие пружины преобразуется в кинетическую энергию.
(1/2)kx² = (1/2)mv²  
100 Н/м * (0.04 м)² = 0.2 кг * v²  
0.08 = 0.2v²  
v² = 0.4  
v ≈ √0.4  
v ≈ 0.63 м/с  

Ответ: Максимальная скорость бруска составляет приблизительно 0.63 м/с.

в) Скорость бруска при удлинении пружины до 3 см:  
Когда удлинение пружины составляет 3 см, потенциальная энергия пружины частично перешла в кинетическую энергию бруска.
(1/2)kx² = (1/2)mv²  
100 Н/м * (0.03 м)² = 0.2 кг * v²  
0.09 = 0.2v²  
v² = 0.45  
v ≈ √0.45  
v ≈ 0.67 м/с  

Ответ: Скорость бруска, когда удлинение пружины равно 3 см, составляет приблизительно 0.67 м/с.
от